JPH1113486A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、夏期高温時に吸い込み空気の重量流
量が自然減することにより、その出力が低下することを
抑制し、夏期の電力需要に備える。 【解決手段】本発明は、吸気室１０に２流体ノズル１１
を設置し、この２流体ノズル１１にアトマイズ空気供給
手段１３と給水手段１４を設け、給気に水滴を混入させ
て圧縮機１内に導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンに係
わり、特にガスタービンの圧縮機の吸気中に液滴を噴霧
するガスタービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】夏期など気温が上昇するとガスタービン
の出力が低下するが、出力回復の方法として、様々な構
成が記載されている。

【０００３】特開平7−97933号公報，実公昭61−37794
号公報、或いは特開平5−195809 号公報には、圧縮機の
吸気を冷却することが記載されている。

【０００４】また、特開昭61−283723号公報には、ガス
化炉とガスタービンとの複合システムにおいて、圧縮機
入口及び圧縮機中間段から水を供給することが記載され
ている。

【０００５】さらに、実開昭56−43433 号公報には圧縮
機内に水滴の供給孔を設けることが記載されており、特
開平2−211331 号公報にはガスタービンが高圧及び低圧
の２つの圧縮機を備え、前記圧縮機間に中間冷却器を備
えたものが記載されている。また、特開平6−10702号公
報には、複数の圧縮機段を備えるコンプレッサグループ
について、電力消費を低減するために上流の圧縮機段と
下流の圧縮機段との間の中間部に水を噴霧する技術が記
載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−97933号公報，実公昭61−37794 号公報或いは特開平
5−195809 号公報は単に圧縮機に導入される吸気温度を
低下させて出力を向上させることに関して開示されてい
るにすぎない。特開昭61−283723号公報には、圧縮中に
液滴を蒸発させタービンの羽根を冷却する媒体として利
用を図ること及びタービンサイクル特性を向上させる記
載はあるが、出力向上と熱効率向上の双方を共に達成す
るものではない。

【０００７】ガスタービン，コンバインドサイクルプラ
ントや圧縮機では、出力向上と熱効率向上の双方を達成
することが望まれている。

【０００８】また、特開平6−10702号公報或いは特開平
2−21133号公報のように、出力の向上と熱効率向上の双
方の効果を得るには、圧縮機の中間部の高圧気体の流路
に特定の設備を必要とし、圧縮機構成は全体として複雑
化及び大型化する問題があった。また、実開昭56−4343
3 号公報では圧縮機内のケーシング及び静翼に特別な構
成を備える必要があった。

【０００９】実際のガスタービン及びコンバインドプラ
ント及び圧縮機を考慮すると、出力向上と熱効率向上を
簡単な設備で実現できることが要求される。このため、
設備が複雑化し、またメンテナンスが容易でなくなる。

【００１０】そこで、本発明は、実用に適する簡単な設
備によって、圧縮機の入口に導入される吸気中に液滴を
噴霧して出力の向上と熱効率の向上の双方を実現できる
ガスタービン及びコンバインドプラントの具体的構成を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、供給された空
気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出し
た空気と燃料が供給され燃焼される燃焼器と、前記燃焼
器の燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記圧縮機
に供給される気体に液滴を噴霧して液滴を前記圧縮機内
に導入させ、前記圧縮機内を流下中に該圧縮機に導入さ
れた液滴をさらに気化するようにする液滴噴霧装置と、
液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧装置
に供給する供給装置と、前記液滴噴霧装置に供給される
液体と気体との質量流量比の変動を抑制するよう制御す
る制御装置と、を有することを特徴とする。

【００１２】前記液滴噴霧装置は、圧縮機に供給される
気体に液滴を噴霧し、前記圧縮機に導入されるまでにそ
の一部を気化させて、前記気体と共に前記圧縮機内に導
入され、前記圧縮機内を流下中に該圧縮機に導入された
液滴をさらに気化するようにした液滴噴霧装置であるこ
とが好ましい。

【００１３】これにより、実用に適する簡単な設備によ
って、随時需要に応じて、圧縮機の入口に導入される吸
気中に液滴を噴霧して出力の向上と熱効率の向上の双方
を実現できる。

【００１４】また、実用に適する簡単な設備によって微
細液滴を圧縮機吸気に供給でき、圧縮機に供給する吸気
気流に水滴を良好に乗せることができるので、効率良く
液滴を含む気体を圧縮機入口から圧縮機内に搬送でき
る。さらに圧縮機内に導入された液滴は良好な状態で気
化させることができる。これによりガスタービンの出力
向上及び熱効率を向上できる。

【００１５】前記噴霧粒径（平均粒径）が４０μｍ以下
になるように制御する場合、所望の粒径の液滴を得るこ
とができる。

【００１６】また、供給された空気を圧縮して吐出する
圧縮機と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給さ
れ燃焼される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆
動されるタービンと、前記圧縮機に供給される気体に液
滴を噴霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮
機内を流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化
するようにする液滴噴霧装置と、液滴を生成するための
液体と気体とを前記液滴噴霧装置に供給する供給装置
と、前記液滴噴霧装置に供給される液体と気体との少な
くとも一方の圧力を検出する圧力検出装置と、前記圧力
検出装置により得られる圧力値を基に前記供給される液
体と気体との少なくとも一方の供給圧力を制御する制御
装置と、を有することを特徴とする。

【００１７】また、供給された空気を圧縮して吐出する
圧縮機と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給さ
れ燃焼される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆
動されるタービンと、前記圧縮機に供給される気体に液
滴を噴霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮
機内を流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化
するようにする液滴噴霧装置と、液滴を生成するための
液体と気体とを前記液滴噴霧装置に供給する供給装置
と、前記液滴噴霧装置に供給される液体と気体との少な
くとも一方の温度を検出する温度検出装置と、前記温度
検出装置により得られる温度の値を基に前記供給される
液体と気体との少なくとも一方の供給量を制御する制御
装置と、を有することを特徴とする。

【００１８】また、供給された空気を圧縮して吐出する
圧縮機と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給さ
れ燃焼される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆
動されるタービンと、前記圧縮機に供給される空気が流
れ、空気フィルタを備え圧縮機の上流側に設置された吸
気室と、前記吸気室内の圧縮機に供給される空気に液滴
を噴霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機
内を流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化す
るようにする液滴噴霧装置と、前記液滴を生成するため
の液体と気体とを前記液滴噴霧装置に供給する供給装置
とを備え、前記供給装置は、吸気室内に設置され端部か
ら噴霧液体及び気体が供給される各供給母管と、前記供
給母管から分岐して、前記液滴噴霧装置に連絡する連絡
経路とを備え、前記液滴噴霧装置は前記供給母管に沿っ
て多数配置されると共に、前記液滴噴霧装置に連絡する
各々の前記連絡経路を流れる液体或いは気体の流量を制
御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

【００１９】また、供給された空気を圧縮して吐出する
圧縮機と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給さ
れ燃焼される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆
動されるタービンと、前記圧縮機に供給される空気が流
れ、空気フィルタを備え圧縮機の上流側に設置された吸
気室と、前記吸気室内の圧縮機に供給される空気に液滴
を噴霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機
内を流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化す
るようにする液滴噴霧装置と、前記液滴を生成するため
の液体と気体とを前記液滴噴霧装置に供給する供給装置
とを備え、前記供給装置は、吸気室内に設置され端部か
ら噴霧液体及び気体が供給される各供給母管と、前記供
給母管から分岐して、前記液滴噴霧装置に連絡する連絡
経路とを備え、前記液滴噴霧装置は前記供給母管に沿っ
て多数配置されると共に、第１の液滴噴霧装置に連絡す
る第１の連絡経路の流路径は、第１の液滴噴霧装置より
前記液体或いは気体の供給源に近い側の供給母管に配置
された第２の液滴噴霧装置に連絡する第２の連絡経路の
流路径より小さく構成されていることを特徴とする。

【００２０】これにより、圧縮機回転数が定格回転数で
ある通常運転時の部分負荷時に前記造出力及び熱効率向
上させることができると共に、翼洗浄時にも前記液滴噴
霧装置を兼用することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施例を図１等を用
いて説明する。

【００２２】本実施のガスタービンの主要構成機器は、
圧縮機１，タービン２，発電機３，燃焼器５を備える。
また、発電機３により生じた電気を送電する送電端４が
設置される。図１では、圧縮機１，タービン２，発電機
３が同軸上に連結されているが、圧縮機１がタービン２
とは別軸となっていてもよい。圧縮機１が取り込む空気
の上流側には、流れ方向にルーバー９，吸気室１０，２
流体ノズル１１を複数設置した主管１２が配置され、主
管１２にはアトマイズ空気供給手段１３と給水手段１４
が接続される。アトマイズ空気供給手段１３は、圧縮機
の中間段からの抽気が供給される。給水手段１４は、調
節弁１５，給水ポンプ１６，水槽１７から構成されてい
る。調節弁１５は負荷要求信号１８から調節弁１５の開
度信号を出力する関数発生器１９に電気的に接続されて
いる。２流体ノズル１１は吸気室１０内の圧縮機１の入
口から所定距離離して設置される。吸気６は、ルーバー
９を通過して吸気室１０に至り、２流体ノズル１１で発
生する水滴を含んで、一部蒸発して吸気を冷却したのち
圧縮機１内に流入する。吸気室１０で２流体ノズル１１
により発生した水滴の一部は蒸発して空気を冷却し、圧
縮機入り口ではほぼ水蒸気飽和空気となる。また、圧縮
機１内に流入した水滴は、圧縮機１の内部で気化し、圧
縮空気を冷却する。このため、圧縮機１の入口側にある
前記ノズル１１から噴霧することにより、圧縮機内の入
口から出口にかけての温度分布は連続的に変化し、図２
に示すように、圧縮機１出口の空気温度Ｔ２は、水注入
の場合、水注入なしの場合よりも低下する。圧縮機内で
液滴が実質的に気化した後、圧縮空気は、燃焼器５で燃
料と混合して昇温し、高温高圧のガスとなってタービン
２に流入し仕事をする。発電機３で機械エネルギーが電
気エネルギーに変換され、送電端４に給電される。仕事
を終えた排気７は、スタック８から大気に放出される。

【００２３】液滴が気化することにより作動流体の重量
流量が増加する。圧縮機内で気化が完了すると、圧縮機
１内の気体はさらに断熱圧縮を受ける。その際水蒸気の
定圧比熱は圧縮機内の代表的な温度（３００℃）付近で
は、空気の約２倍の値を有するので、熱容量的には空気
換算で、気化する水滴の重量の約２倍の空気が作動流体
として増したのと等価な効果がある。すなわち圧縮機の
出口空気温度低下に効果（昇温抑制効果）がある。この
ようにして圧縮機内での水滴の気化により圧縮機出口の
空気温度が低下する作用が生じる。圧縮機の動力は、圧
縮機出入口の空気のエンタルピの差に等しく空気エンタ
ルピは温度に比例するので、圧縮機出口の空気温度が下
がると、圧縮機の所要動力を低減することができる。

【００２４】圧縮機で加圧された作動流体（空気）は、
燃焼器で燃料の燃焼により昇温された後タービンに流入
して膨張仕事を行う。この仕事はタービンの軸出力と呼
ばれタービンの出入口空気のエンタルピ差に等しい。燃
料の投入量は、タービン入口のガス温度が所定の温度を
越えない様に制御される。例えば、タービン出口の排ガ
ス温度と圧縮機出口の圧力の実測値からタービン入口温
度が計算され、計算値が本発明適用前の値と等しくなる
様に燃焼器５への燃料流量が制御される。このような燃
焼温度一定制御が行われると、先に述べた様に、圧縮機
出口の空気温度が低下している分だけ燃料投入量が増す
ことになる。また、燃焼温度が不変かつ水噴霧の重量割
合が吸気の数パーセント程度であれば、タービン入口部
の圧力と圧縮機出口圧力は噴霧の前後で近似的に変わら
ないので、タービン出口の排ガス温度Ｔ４も変化しな
い。よって、タービンの軸出口は噴霧の前後で変化しな
いことになる。一方、ガスタービンの正味出力は、ター
ビンの軸出力から圧縮機の動力を差し引いたものである
から、結局、本発明を適用することで圧縮機の動力が低
減した分だけガスタービンの正味出力を増すことができ
る。いま、吸気６の温度Ｔ１，燃焼温度Ｔ３，排ガス温
度Ｔ４とする。タービン２の電気出力Ｅは、タービン２
の軸出力Ｔ３−Ｔ４から圧縮機１の仕事であるＴ２−Ｔ
１を差し引いて得られ、近似的に次式で表される。

【００２５】

【数１】 Ｅ＝Ｔ３−Ｔ４−（Ｔ２−Ｔ１） …（数１） 通常、燃焼温度Ｔ３は一定となるように運転されるの
で、圧縮機１の出口温度Ｔ２が、水滴の注入により、Ｔ
２′（＜Ｔ２）に低下すると、圧縮機の仕事の低下分に
等価分な増出力Ｔ２−Ｔ２′が得られることになる。一
方、ガスタービンの効率ηは近似的に次式で与えられ
る。

【００２６】

【数２】

【００２７】この場合、Ｔ２′＜Ｔ２であるから、右辺
第２項は小さくなるので、水滴注入により、効率も向上
する。

【００２８】圧縮機内の温度低下割合は水滴量が多いほ
ど大きくなるので、水滴量を調節弁１５で制御すること
により、増出力割合を制御できる。

【００２９】圧縮機出口部での温度低下は、圧縮機入口
までに水滴の一部分が蒸発することと、圧縮機内で蒸発
することによる。水滴の蒸発は、水滴同士の合体を無視
できる場合には、水滴が蒸発により粒径Ｄｐ₁からＤｐ₂
まで減少する時間は次式で与えられる。

【００３０】

【数３】 Ｄｐ₂ ²−Ｄｐ₁ ²＝（８ ＤｖＭｔ／Ｒρ_L）（Ｐ_∞／Ｔ_∞−Ｐ₀（Ｔ₀）／Ｔ₀) …（数３） ここで、Ｐ₀（Ｔ₀）；表面の蒸気圧，Ｔ₀ ；水滴温度，
Ｐ_∞；空気の蒸気圧，Ｔ_∞；空気温度，Ｄｖ；蒸気分子
の空気中での拡散係数，Ｒ；気体定数，Ｍ；蒸気の分子
量，ρ_L ；蒸気の水での密度である。数式３を用いて吸
気室内での水滴蒸発量を評価すると、初期水滴径が１μ
ｍ以上あれば、約０.０２ 秒以内に水滴の一部が蒸発し
て、空気は飽和となる。すなわち、吸気室に水滴を供給
するとほぼ瞬時に飽和空気となって、空気温度が低下
し、吸気空気量を増加できる。よって水滴を含有した飽
和空気が圧縮機１内に導かれる。

【００３１】圧縮機内における水滴の蒸発挙動を、空気
流が高速のため、数式３に乱流と非定常の効果を考慮し
て評価した。計算条件は、１５０ＭＷ級軸流ガスタービ
ンを想定した。例えば、流量８０−９０kg／ｓ，圧力比
１４−１５，圧縮機吐出温度３８０℃，段数１７段，平
均流速１８０ｍ／ｓ。図３に示すように、水滴径１０μ
ｍでは圧縮機の入口から数段までの間に、水滴径２０μ
ｍでは約半分の段までに、そして、水滴径３０μｍでは
ほぼ終段までに蒸発する。粒径が小さくなる程前段側で
蒸発する量が多い。

【００３２】出力増加や、効率向上の観点からは、亜宿
機内での噴霧液滴が前段側で多く蒸発する法が好まし
い。水滴径４０μｍでは、圧縮機内では蒸発しきれない
可能性もある。従って、水滴径を４０μｍより小さくす
るようにする。圧縮機内の上流側でより蒸発させるとい
う観点からは３０μｍ以下に小さくすることが望まし
い。

【００３３】尚、小さい粒径の水滴を作る噴霧ノズルは
高精度な製作技術が要求されるので、技術的に小さくで
きる下限までが、前記粒径の下限となる。例えば、１μ
ｍである。

【００３４】水滴は、１流体ノズルでも構わないが、よ
り小粒径の水滴を発生できる２流体ノズルを用いてい
る。一般に、２流体ノズルから発生する水滴径は分布を
持つため、表面積で重みをつけた次式で表せるザウタ平
均径Ｄｓを使用する。

【００３５】Ｄｓ＝Σｎ_i Ｄｐ_I ³／Σｎ_i Ｄｐ_I ² 上記の１５０ＭＷ級ガスタービンの場合、水滴径はザウ
タ平均径では約２０μｍとなる。

【００３６】一般に、圧縮機１内の入口側で多くの液滴
が気化する方が圧縮機出口の空気温度が下がり、出力
増，効率向上の点から有利である。前記のように本実施
例の粒径にすれば、噴霧された水滴が吸気に同伴してス
ムーズに圧縮機内に導かれ、導入された水滴が圧縮機内
の入口側の前段部から連続的に気化することにより、よ
り効果がある。

【００３７】２流体ノズルから発生する水滴径の平均ザ
ウタ径，気体体積比と供給空気圧力との関係を示す。図
４に示すように、気液体積比(＝空気体積流量／水体積
流量)に依存する。空気体積流量は空気圧力で決まる一
定量として、水体積流量を変化させて、気液体積比を変
化させた。空気圧力が高いほど、気液体積比が大きいほ
ど、ザウタ平均径は小さくなる。しかし、一方、気液体
積比を増加させるには動力が必要であり、動力を少なく
する観点では、既遂体積比を小さくするほうがよい。

【００３８】いま、図４に示す特性を持つノズルを用い
ると、ザウタ平均径を２０μｍ以下とするためには、空
気圧力１.０kgｆ／cm²Ｇ以上で気水体積比５００以上と
する必要がある。一方、空気圧力３.０kgｆ／cm²Ｇ以上
で気水体積比１００以上にすればよい。

【００３９】空気は圧縮機の抽気を用いる。この場合、
抽気空気温度が高いため、水滴径に及ぼすアトマイズ空
気温度の依存性を評価した。図５に示すように、水量一
定の場合、空気質量流量を一定にすれば、水滴径を一定
に制御することができる。一方、空気体積流量を一定に
すれば、水滴径は変動する。すなわち、ザウタ平均の水
滴径に及ぼす気水体積比の影響を調べたときと同じ空気
体積流量になるように、空気質量流量が一定となるよう
高温になるほど空気体積流量を増加させればよい。この
ように２流体ノズルは、気水体積比よりも気水質量流量
比で制御した方が、空気温度の影響を受けないことがわ
かる。

【００４０】質量空気流量を検知する検知装置をアトマ
イズ空気供給手段１３内に設置する。また、前記検知装
置からの信号によりノズルから噴出される粒径が例え
ば、３０μｍ〜５μｍの範囲になる質量空気流量を設定
しておき、係る設定値と前記信号とを比較し、前記信号
が大きい場合は前記設定値に近くなるように２流体ノズ
ル１１に供給する空気量を減少させ、前記信号が小さい
場合は前記設定値に近くなるように２流体ノズル１１に
供給する空気量を増加させるよう制御する指令を出す制
御装置を備える。

【００４１】また、具体的には、空気の温度を検出する
検知装置をアトマイズ空気供給手段１３内に設置する。
また、前記検知装置からの信号を入力し、係る信号を元
に、前記空気温度に対応して前記ノズルにおける質量流
量比の変動を少なくするように、アトマイズ空気供給手
段１３の温度が低い時より、高い時の方が供給空気体積
流量を増加させるように制御する指令を出す制御装置を
備える。

【００４２】また、アトマイズ空気供給手段１３の供給
空気の圧力の変動が生じる場合、係る変動を抑制するよ
うに制御して質量流量比の変動を抑制するように制御す
る。より具体的には、アトマイズ空気供給手段１３内に
供給空気の圧力検知手段を設置する。また、前記検知装
置からの信号によりノズルから噴出される粒径が例え
ば、３０μｍ〜５μｍの範囲になる質量空気流量になる
圧力値を設定しておき、係る設定値と前記信号とを比較
し、前記信号が大きい場合は前記設定値に近くなるよう
に２流体ノズル１１に供給する空気圧力を減少させ、前
記信号が小さい場合は前記設定値に近くなるように２流
体ノズル１１に供給する空気圧力を増加させるよう制御
する指令を出す制御装置を備える。

【００４３】制御の一例としては、空気律令流量の変動
を抑制するように、アトマイズ空気供給手段１３の温度
対応して空気体積流量を増加させるように制御する。

【００４４】これにより、質量流量比が一定になるよう
に制御することができる。このため、噴霧液滴の粒径を
所望の粒径に制御することが容易になり、前記ガスター
ビンの出力向及び熱効率向上させることができる。

【００４５】単一の２流体ノズルでは水量が限られるの
で、複数の２流体ノズルを使用する。この場合、２流体
ノズル１１を主管１２に沿って設けた複数の枝管２０先
端に設置する。水滴蒸発の効果を一定にするには、各ノ
ズルからの水滴径が不均一でない方がよく、一定の方が
好ましい。このためには、気水質量流量比を各ノズルで
差を少なくする方がよく、同一にすることが望ましい。
本実施例で用いるノズル形態の一実施例を図６に示す。
液滴噴霧装置であるノズル１１への供給母管である主管
１２から分岐し連絡経路である水用の各枝管２０に絞り
２１を設置し、所定水圧で各枝管の流量が同一になるよ
うに絞りを調整した。その結果、根元である主管入口に
近い枝管から遠く先端にいくに従い、圧力が低下するた
め絞りの度合を大きくした。アトマイズ空気用にも主管
と枝管を使用するが、主管内での圧力損失が１％以下と
小さいため、本実施例では絞りは設置していない。本実
施例では、主管入口で水とアトマイズ空気の圧力を、そ
れぞれ５.３kg／cm²Ｇ，４.８kg／cm²Ｇとして流量を制
御した。

【００４６】主管に設置する枝管の数、すなわち、２流
体ノズルの数は、主管長さ３ｍに対し４０個とした。こ
の場合、水滴同士の干渉による水滴径の増加は見られな
かった。ノズル当たりの水滴の発生密度は、水滴径１０
μｍとして約４×１０⁶ 個／cm³ となる。本実施例で使
用したノズルの広がりを考慮すると、水滴密度は最大で
約３×１０⁷個／cm³となる。この場合、凝集により水滴
径は１０秒間に約３％増加するが、実質上無視できる程
度である。

【００４７】本実施例によれば、液体空気製造設備に比
較して、経済的であり、安価である。本発明の他の効果
は、外気温に応じて注水量を調節することにより、年間
一定出力の発電プラントを提供できることにある。図１
において、要求負荷信号Pd18を定格値に設定していけ
ば、注水量は自動制御される。

【００４８】なお、以上の実施例はガスタービンについ
て述べたが、図１の排気７の流路に排ガスを熱源として
蒸気を発生させる排熱回収ボイラを設置し、当該発生蒸
気により駆動する蒸気タービンを備えたコンバインドプ
ラントにおいて適応してもよい。具体的には、当該コン
バインドプラントのガスタービンの圧縮機の吸気室に前
述の構成を備えることになる。、第２実施例を以下に示
す。

【００４９】第２実施例は基本的には第１実施例と同様
の構成を採用し基本的効果は同様の効果を得ることもで
きる。第１実施例との主な相違点は、ノズル形態が図７
に示すノズル形態をとることである。

【００５０】２流体ノズル１１を設置してある水用主管
１２を先細り型にしてある。

【００５１】図８に水用主管１２内の圧力分布の解析結
果を示す。主管入口から遠ざかるほど圧力が低下してい
る。このため、この圧力低下分に見合うように主管１２
の断面積を小さく、すなわち、径を根元である入口側の
径より先端側の径を小さくなるように構成されている。
例えば入口側から先端側にかけてだんだんに細くしてあ
る。これにより、各枝管を流れる水量を、絞りなしに一
定にできる。主管内の圧力分布は、主管長さ，主管径，
管摩擦係数に依存し、図８に示すように極値が生じる場
合がある。図８の場合は、極値が端に近い場所で起きて
いるため、圧力はほぼ単調に減少しているとみなせた。
しかし、極値が起こる場所によっては、主管の形状を圧
力変化に合わせる必要がある。すなわち、極値が起こる
場所までは先細りにし、極値が起こる場所以降では先太
り型にする。こうすることにより、絞りなしで水量を一
定にできる。

【００５２】第３実施例を以下に示す。

【００５３】第３実施例は基本的には第１実施例と同様
の構成を採用し基本的効果は同様の効果を得ることもで
きる。第１実施例との主な相違点は、ノズル形態が図９
に示すノズル形態をとることである。

【００５４】主管１２に枝管２０を設置してあるが、各
枝管２０に電磁弁２２を設置した。電磁弁２２の開度
は、圧力が一定になるように制御する。制御は、圧力で
なく流量で行ってもよい。また、本制御は水だけでも、
水とアトマイズ空気の両方でもよい。

【００５５】第４実施例を以下に示す。

【００５６】第４実施例は基本的には第１実施例と同様
の構成を採用し基本的効果は同様の効果を得ることもで
きる。第１実施例との主な相違点は、アトマイズ空気供
給手段１３へ蒸気発生装置から蒸気が供給される点であ
る。

【００５７】２流体ノズル１１は供給された水と供給さ
れた蒸気により水滴を噴出する。

【００５８】水滴の温度を上げることが容易にできる。
また、圧縮機で得た圧縮空気を液滴生成に使わなくても
よいため、効率を向上させることもできる。

【００５９】前記実施例では、水を用いたが高温の水蒸
気を用いても同様の効果が得られる。水滴径に及ぼす水
温の依存性を評価した結果を図１０に示す。気液体積比
を一定にした場合、水温が高いほど表面張力が小さくな
り、水滴径は小さくなった。これから、水の代わりに水
蒸気を用いてもよいことがわかる。また、アトマイズ空
気の代わりに水蒸気を用いても、空気と同様の効果で微
小水滴を発生できる。第５実施例を以下に示す。

【００６０】第５実施例は基本的には第１実施例と同様
の構成を採用し基本的効果は同様の効果を得ることもで
きる。第１実施例との主な相違点は、本ノズル１１によ
りガスタービン翼の洗浄を行うノズルに兼用する点であ
る。このため、前記通常運転時とは異なる粒径の液滴が
噴出されるように制御する制御装置を備える。

【００６１】係る制御装置は、通常運転時に較べ、気液
体積比を小さくするよう、例えば、液滴流量を増加さ
せ、大きな液滴を噴出するようにする。たとえば１００
μｍ〜３００μｍ程度にする。洗浄効果を良好にするこ
とを考慮するとその中でも、平均粒径１５０μｍ以上に
することが好ましい。

【００６２】小さすぎると通常運転時のように翼に当た
らないで気流に乗って流れてしまう可能性があり、大き
すぎると翼に至る前に落下してしまう可能性がある。

【００６３】具体的運転の一例は以下のようにして行
う。

【００６４】タービン翼の回転数を通常運転時の回転数
より低い洗浄用の回転数で運転する。

【００６５】ＩＧＶの開度は例えば、９１deg 程度にす
る。前記噴霧ノズルでは、水を空気の約０.４ 重量％投
入し、液滴を噴出させる。

【００６６】時間は約３０分間行う。その際必要に応じ
て、噴出する時間と噴出停止時間の繰り返しを行う。或
いは、噴射量を周期的に変動させて洗浄効果を高めるよ
うにする。

【００６７】当該洗浄の期間は、例えば２週間に１回程
度行う。

【００６８】このように、２流体ノズルの気水体積比を
小さくすると、水滴径を大きくでき、圧縮機の翼洗浄用
とすることができる。これにより、ノズルの共用ができ
る。第６実施例を以下に示す。

【００６９】第６実施例は基本的には第１実施例と同様
の構成を採用し基本的効果は同様の効果を得ることもで
きる。第１実施例との主な相違点は、前記微細液滴を噴
霧するノズルが２流体ノズルではなく、１流体ノズルで
ある点である。

【００７０】よって前記アトマイズ空気供給手段は不要
である。

【００７１】１流体ノズルも噴出液滴の平均粒径は供給
水の圧力に影響される。

【００７２】このため、供給水圧が低くなると粒径が大
きくなる傾向にあるので、負荷変動等があっても供給水
圧の変動を抑制するように制御する。前記の実施例と同
様の対策をとることができる。

【００７３】これにより、安定に所望の粒径の液滴を得
ることができる。

【００７４】また、抽気や他の圧縮空気源等が不要であ
り、効率の高いシステムを得ることができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮機への水滴の混入
により、圧縮機の仕事が低減するので、発電用のガスタ
ービンにあたっては、電気出力が増大するとともに、熱
効率が向上する。また、圧縮機に流入する水滴径を小さ
くするので、翼の損傷を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】圧縮機内の空気温度分布を示す図である。

【図３】圧縮機内の水滴の蒸発挙動を示す図である。

【図４】水滴径の気水体積比依存性を示す図である。

【図５】水滴径に及ぼすアトマイズ空気温度依存性を示
す図である。

【図６】ノズル形態の一実施例を示す図である。

【図７】ノズル形態の一実施例を示す図である。

【図８】主管内の圧力分布を示す図である。

【図９】ノズル形態の一実施例を示す図である。

【図１０】水滴径の水温依存性を示す図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…タービン、３…発電機、４…送電端、
５…燃焼器、６…吸気、７…排気、８…スタック、９…
ルーバー、１０…吸気室、１１…２流体ノズル、１２…
主管、１３…アトマイズ空気供給手段、１４…給水手
段、１５…調節弁、１６…給水ポンプ、１７…水槽、１
８…負荷要求信号、１９…関数発生器、２０…枝管、２
１…絞り、２２…電磁弁。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機
   と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼
   される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンと、前記圧縮機に供給される気体に液滴を噴
   霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機内を
   流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化するよ
   うにする液滴噴霧装置と、 液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧装置
   に供給する供給装置と、 前記液滴噴霧装置に供給される液体と気体との質量流量
   比の変動を抑制するよう制御する制御装置と、を有する
   ことを特徴とするガスタービン。
2. 【請求項２】供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機
   と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼
   される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンと、前記圧縮機に供給される気体に液滴を噴
   霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機内を
   流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化するよ
   うにする液滴噴霧装置と、 液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧装置
   に供給する供給装置と、 前記液滴噴霧装置に供給される液体と気体との少なくと
   も一方の圧力を検出する圧力検出装置と、 前記圧力検出装置により得られる圧力値を基に前記供給
   される液体と気体との少なくとも一方の供給圧力を制御
   する制御装置と、を有することを特徴とするガスタービ
   ン。
3. 【請求項３】供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機
   と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼
   される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンと、前記圧縮機に供給される気体に液滴を噴
   霧して液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機内を
   流下中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化するよ
   うにする液滴噴霧装置と、 液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧装置
   に供給する供給装置と、 前記液滴噴霧装置に供給される液体と気体との少なくと
   も一方の温度を検出する温度検出装置と、 前記温度検出装置により得られる温度の値を基に前記供
   給される液体と気体との少なくとも一方の供給量を制御
   する制御装置と、を有することを特徴とするガスタービ
   ン。
4. 【請求項４】供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機
   と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼
   される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンと、前記圧縮機に供給される空気が流れ、空
   気フィルタを備え圧縮機の上流側に設置された吸気室
   と、 前記吸気室内の圧縮機に供給される空気に液滴を噴霧し
   て液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機内を流下
   中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化するように
   する液滴噴霧装置と、 前記液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧
   装置に供給する供給装置とを備え、 前記供給装置は、吸気室内に設置され端部から噴霧液体
   及び気体が供給される各供給母管と、 前記供給母管から分岐して、前記液滴噴霧装置に連絡す
   る連絡経路とを備え、 前記液滴噴霧装置は前記供給母管に沿って多数配置され
   ると共に、前記液滴噴霧装置に連絡する各々の前記連絡
   経路を流れる液体或いは気体の流量を制御する制御装置
   と、を備えることを特徴とするガスタービン。
5. 【請求項５】供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機
   と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼
   される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンと、前記圧縮機に供給される空気が流れ、空
   気フィルタを備え圧縮機の上流側に設置された吸気室
   と、 前記吸気室内の圧縮機に供給される空気に液滴を噴霧し
   て液滴を前記圧縮機内に導入させ、前記圧縮機内を流下
   中に該圧縮機に導入された液滴をさらに気化するように
   する液滴噴霧装置と、 前記液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧
   装置に供給する供給装置とを備え、 前記供給装置は、吸気室内に設置され端部から噴霧液体
   及び気体が供給される各供給母管と、 前記供給母管から分岐して、前記液滴噴霧装置に連絡す
   る連絡経路とを備え、 前記液滴噴霧装置は前記供給母管に沿って多数配置され
   ると共に、 第１の液滴噴霧装置に連絡する第１の連絡経路の流路径
   は、第１の液滴噴霧装置より前記液体或いは気体の供給
   源に近い側の供給母管に配置された第２の液滴噴霧装置
   に連絡する第２の連絡経路の流路径より小さく構成され
   ていることを特徴とするガスタービン。
6. 【請求項６】供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機
   と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼
   される燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンと、前記圧縮機に供給される気体に液滴を噴
   霧して液滴を前記圧縮機内に導入させる液滴噴霧装置
   と、 前記液滴を生成するための液体と気体とを前記液滴噴霧
   装置に供給する供給装置と、 前記圧縮機を定格回転数で運転する場合には第１の平均
   粒径で噴霧し、前記圧縮機の翼を洗浄すべく定格回転数
   より低い回転数で運転する場合には前記第１の平均粒径
   より大きい第２の平均粒径で運転するよう噴霧粒径を制
   御する制御装置と、を備えることを特徴とするガスター
   ビン。